FR2788179A1 - OMNIDIRECTIONAL COVERED SATELLITE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un satellite présentant au moins deux antennes (3, 5) dont les diagrammes se superposent, et des moyens de réception (45; 47, 49, 51) de la somme des signaux provenant des différentes antennes. Pour limiter les problèmes de trajets multiples lors de la sommation des signaux provenant des antennes, l'invention propose que les moyens de réception comprennent des moyens de démodulation d'un signal à spectre étalé, et que la différence entre les temps de transmission respectifs d'un signal transmis vers les moyens de réception par deux antennes est supérieure en valeur absolue à une bribe de la modulation à étalement de spectre. Application à la liaison TTC (télémétrie, suivi, et contrôle) d'un satellite.The invention relates to a satellite having at least two antennas (3, 5) whose diagrams are superimposed, and means (45; 47, 49, 51) for receiving the sum of the signals coming from the different antennas. To limit the problems of multiple paths during the summation of the signals coming from the antennas, the invention proposes that the reception means comprise means for demodulating a spread spectrum signal, and that the difference between the respective transmission times d a signal transmitted to the reception means by two antennas is greater in absolute value than a chip of the spread spectrum modulation. Application to the TTC link (telemetry, monitoring, and control) of a satellite.
Description
SATELLITE A COUVERTURE OMNIDIRECTIONNELLEOMNIDIRECTIONAL COVERED SATELLITE
La présente invention a pour objet un procédé de transmission de signaux vers un satellite présentant au moins deux antennes dont les diagrammes se superposent; elle concerne aussi un procédé de transmission de signaux depuis un tel satellite, ou vers un tel satellite. Elle concerne aussi un satellite présentant au moins The present invention relates to a method of transmitting signals to a satellite having at least two antennas whose diagrams are superimposed; it also relates to a method of transmitting signals from such a satellite, or to such a satellite. It also relates to a satellite having at least
deux antennes dont les diagrammes se superposent. two antennas whose diagrams overlap.
L'invention concerne les satellites, et plus précisément la liaison de télémesure, télécommande et mesure de distance entre les stations au sol et un satellite. Cette liaison est plus couramment appelée liaison TTC, acronyme de l'anglais Telemetry, Tracking and Command, en français télémétrie, suivi et télécommande; ou liaison TCR, pour l'anglais Telemetry, Command et Ranging, en français télémétrie, télécommande et mesure de distance. Une telle liaison doit être établie de façon très fiable durant toutes les phases de la vie d'un satellite; on peut globalement distinguer quatre phases: - une phase de mise à poste, qui correspond à la période depuis l'injection par le lanceur jusqu'au ralliement de la position définitive du satellite; - une phase de maintien à poste, qui correspond à la phase d'opération nominale du satellite; une phase de secours, le cas échéant, qui correspond à une panne et pendant laquelle l'altitude du satellite peut être modifiée; et - une phase de désactivation ou déorbitation, au cours de laquelle le satellite est The invention relates to satellites, and more specifically the telemetry, remote control and distance measurement link between ground stations and a satellite. This link is more commonly called TTC link, acronym from English Telemetry, Tracking and Command, in French telemetry, monitoring and remote control; or TCR link, for English Telemetry, Command and Ranging, in French telemetry, remote control and distance measurement. Such a link must be established very reliably during all phases of the life of a satellite; we can globally distinguish four phases: - a phase of setting in position, which corresponds to the period from the injection by the launcher until the rallying of the final position of the satellite; - a station maintenance phase, which corresponds to the nominal operating phase of the satellite; a backup phase, if applicable, which corresponds to a breakdown and during which the altitude of the satellite can be modified; and - a deactivation or deorbitation phase, during which the satellite is
envoyé sur une orbite dite cimetière. sent into a so-called cemetery orbit.
Pendant toutes ces phases, il est important que la liaison TTC soit conservée; il conviendrait pour cela d'assurer une couverture satellite, aussi large que possible, During all these phases, it is important that the TTC link is kept; this should be ensured as wide a satellite coverage as possible,
notamment pour les phases critiques de secours, de mise à poste et de déorbitation. especially for critical phases of rescue, stationing and deorbiting.
La figure 1 montre une représentation schématique d'un satellite connu; le satellite 1 comprend une antenne omnidirectionnelle 3 dite antenne terre, et une Figure 1 shows a schematic representation of a known satellite; satellite 1 includes an omnidirectional antenna 3 called an earth antenna, and a
antenne omnidirectionnelle 5 située de l'autre côté du satellite, dite antenne anti- omnidirectional antenna 5 located on the other side of the satellite, called anti-antenna
terre. Les deux antennes sont reliées à un coupleur 7, qui permet d'additionner les signaux des antennes, et qui transmet la somme des signaux à l'un ou l'autre de deux récepteurs Rx 9 et 1 1; on prévoit deux récepteurs en redondance chaude de sorte à permettre la poursuite du fonctionnement du satellite si l'un des récepteurs cesse de fonctionner. La sommation des signaux des deux antennes permet d'obtenir une couverture, sur les faces terre et anti-terre du satellite. Ce type de dispositif présente les inconvénients suivants. Dans la zone o les diagrammes des antennes se superposent, les signaux reçus par le satellite sur les antennes terre et anti-terre sont additionnés; il se produit alors un phénomène de trajets multiples, qui perturbe la réception du signal. Un problème symétrique se rencontre en télémesure, i. e. pour l'émission des signaux à partir du satellite: on dispose alors deux émetteurs Tx 10 et 12 en redondance froide, avec un coupleur 8; les signaux fournis par l'émetteur actif sont transmis aux antennes terre et anti-terre. Bien que ceci ne soit pas représenté sur Earth. The two antennas are connected to a coupler 7, which makes it possible to add the signals from the antennas, and which transmits the sum of the signals to one or the other of two receivers Rx 9 and 11; two hot redundant receivers are provided so as to allow continued operation of the satellite if one of the receivers stops working. The summation of the signals from the two antennas provides coverage on the earth and anti-earth faces of the satellite. This type of device has the following drawbacks. In the area where the antenna diagrams overlap, the signals received by the satellite on the earth and anti-earth antennas are added; a phenomenon of multiple paths then occurs, which disturbs the reception of the signal. A symmetrical problem is encountered in telemetry, i. e. for transmitting signals from the satellite: there are then two Tx transmitters 10 and 12 in cold redundancy, with a coupler 8; the signals supplied by the active transmitter are transmitted to the earth and anti-earth antennas. Although this is not shown on
la figure, les antennes peuvent être séparées en émission et en réception. In the figure, the antennas can be separated in transmission and in reception.
C'est pourquoi classiquement sur les plateformes, les couvertures garanties se limitent, pour chaque antenne, à un cône de visibilité, qui présente une taille typique de -75 . Le cône de visibilité correspondant 13 et 15 des antennes 3 et 5, qui présente un angle au centre de 150 , est représenté schématiquement sur la figure 1. Ces valeurs sont données à titre d'exemple, mais en tout état de cause, les couvertures sont nécessairement limitées. En dehors de ce cône, i. e. dans la zone de recouvrement du diagramme des antennes, la couverture n'est pas garantie. Cette solution n'est pas satisfaisante dans la mesure o elle ne garantit pas une couverture This is why conventionally on platforms, the guaranteed coverage is limited, for each antenna, to a visibility cone, which has a typical size of -75. The corresponding visibility cone 13 and 15 of the antennas 3 and 5, which has an angle at the center of 150, is shown diagrammatically in FIG. 1. These values are given by way of example, but in any event, the covers are necessarily limited. Outside this cone, i. e. coverage is not guaranteed in the overlap area of the antenna diagram. This solution is not satisfactory since it does not guarantee coverage
pour des phases critiques telles que le secours ou la mise à poste. for critical phases such as rescue or stationing.
Différentes solutions à ce problème ont été proposées. Des programmes ESA ou CNES proposent d'utiliser des polarisations circulaires croisées pour les antennes terre et anti-terre. Une polarisation, par exemple une polarisation circulaire droite, est dédiée à l'antenne terre, et la polarisation croisée, par exemple circulaire gauche est dédiée à l'antenne anti-terre. Le fonctionnement du satellite est analogue à celui décrit en référence à la figure 1 en dehors de la zone de recouvrement des diagrammes des antennes, à cela près que les stations au sol doivent émettre une onde dont la polarisation est fonction de la position du satellite. Dans la zone de recouvrement des antennes, pour une onde incidente en polarisation circulaire, l'isolation de polarisation limite l'incidence des trajets multiples sur la recombinaison des signaux provenant des deux antennes. Il est possible d'obtenir une couverture satisfaisante dans la zone de recouvrement des antennes, pour une isolation de polarisation de l'ordre de 10 dB. De nouveau, la solution est symétrique en télémesure. Cette solution présente l'inconvénient de générer une faible perte dans le bilan de liaison; elle nécessite surtout de disposer d'une onde incidente circulaire, ce qui n'est pas le cas par exemple pour certaines stations en bande Ka, par exemple le réseau TELESAT en polarisation linéaire; en outre, il est difficile de connaître la position du satellite pour choisir la polarisation adéquate, notamment dans les Different solutions to this problem have been proposed. ESA or CNES programs propose to use crossed circular polarizations for the earth and anti-earth antennas. One polarization, for example a right circular polarization, is dedicated to the earth antenna, and the cross polarization, for example left circular one is dedicated to the anti-earth antenna. The operation of the satellite is similar to that described with reference to FIG. 1 outside the area of overlap of the antenna diagrams, except that the ground stations must transmit a wave whose polarization is a function of the position of the satellite. In the antenna overlap area, for an incident wave in circular polarization, the polarization isolation limits the incidence of multiple paths on the recombination of signals from the two antennas. It is possible to obtain satisfactory coverage in the antenna overlap area, for polarization isolation of the order of 10 dB. Again, the solution is symmetric in telemetry. This solution has the drawback of generating a small loss in the link budget; above all, it requires having a circular incident wave, which is not the case for example for certain stations in the Ka band, for example the TELESAT network in linear polarization; moreover, it is difficult to know the position of the satellite to choose the appropriate polarization, in particular in the
modes de secours.emergency modes.
La figure 2 montre un autre satellite connu. Le satellite de la figure 2 est identique à celui de la figure 1, à cela près qu'il ne comprend pas un coupleur 7 et deux récepteurs 9 et 11 recevant les signaux des deux antennes, mais pour l'antenne terre 3 un coupleur 19 et deux récepteurs 21 et 23 en redondance chaude, et pour l'antenne anti-terre un coupleur 25 et deux récepteurs 27 et 29 en redondance chaude. On utilise en redondance chaude les récepteurs 21 et 23 d'une part, et 27 et 29 d'autre part, de sorte que le problème des déphasages entre les signaux reçus sur les antennes terre et anti-terre ne se pose pas. Il convient néanmoins de sélectionner ensuite le signal utilisé, qui peut être celui provenant de l'antenne terre comme celui Figure 2 shows another known satellite. The satellite of FIG. 2 is identical to that of FIG. 1, except that it does not include a coupler 7 and two receivers 9 and 11 receiving the signals from the two antennas, but for the earth antenna 3 a coupler 19 and two receivers 21 and 23 in hot redundancy, and for the anti-earth antenna a coupler 25 and two receivers 27 and 29 in hot redundancy. Receivers 21 and 23 are used in hot redundancy on the one hand, and 27 and 29 on the other hand, so that the problem of phase shifts between the signals received on the earth and anti-earth antennas does not arise. It is nevertheless advisable to then select the signal used, which can be that coming from the ground antenna like that
provenant de l'antenne anti-terre.from the anti-earth antenna.
Pour la télémesure, on utilise pour l'antenne terre deux émetteurs 31 et 33 à une première fréquence, avec un coupleur 35, et pour l'antenne antiterre deux émetteurs 37 et 39 à une deuxième fréquence, avec un coupleur 41. Sur chaque voie, les deux émetteurs sont en redondance froide. L'émission à des fréquences différentes limite le problème des trajets multiples dans la zone de recouvrement des For telemetry, two transmitters 31 and 33 are used for the earth antenna at a first frequency, with a coupler 35, and for two-channel transmitters 37 and 39 for the second antenna, at a second frequency, with a coupler 41. On each channel , the two transmitters are in cold redundancy. Transmission at different frequencies limits the problem of multiple paths in the overlap area of
antennes terre et anti-terre.earth and anti-earth antennas.
Cette solution présente l'inconvénient de doubler le nombre de récepteurs; en outre, elle rend plus complexe la logique de sélection entre les antennes terre et anti-terre; de nouveau, une telle sélection est délicate à mettre en oeuvre, notamment dans le mode de secours. En télémesure, on double aussi le nombre d'émetteurs; en outre, il est encore nécessaire de connaître la position du satellite pour choisir la This solution has the drawback of doubling the number of receivers; moreover, it makes the selection logic between the earth and anti-earth antennas more complex; again, such a selection is difficult to implement, in particular in the emergency mode. In telemetry, the number of transmitters is also doubled; in addition, it is still necessary to know the position of the satellite to choose the
fréquence adéquate.adequate frequency.
US-A-3 761 813 décrit un système de transmission à satellite géostationnaire vers des avions. Dans ce document est évoqué le problème des US-A-3,761,813 describes a geostationary satellite transmission system to airplanes. In this document the problem of
trajets multiples du fait des réflexions sur le sol des signaux transmis par le satellite. multiple paths due to reflections on the ground of signals transmitted by the satellite.
La solution proposée est d'utiliser un multiplexage temporel des signaux destinés aux différents avions; la période du multiplex est choisie de sorte que les signaux réfléchis sur la surface de la terre ne parviennent pas à un avion en même temps que les signaux qui lui sont destinés. En outre, il est proposé d'utiliser des fréquences The solution proposed is to use a time multiplexing of the signals intended for the various planes; the period of the multiplex is chosen so that the signals reflected on the surface of the earth do not reach an airplane at the same time as the signals intended for it. In addition, it is proposed to use frequencies
différentes sur les différents canaux du multiplex temporel. different on the different channels of the time multiplex.
US-A-5 450 448 décrit un système de positionnement par satellite, et propose une solution au problème des trajets multiples. Ce document propose un traitement à base de calcul des différences de signaux décalés dans le temps, pour réduire l'interférence due aux trajets multiples. Ce document mentionne d'autres US-A-5 450 448 describes a satellite positioning system, and proposes a solution to the problem of multipaths. This document proposes a processing based on calculation of the differences of signals shifted in time, to reduce the interference due to the multiple paths. This document mentions other
solutions de l'art antérieur pour réduire l'interférence due aux trajets multiples. Prior art solutions to reduce interference due to multipath.
Par ailleurs, les techniques d'étalement de spectre sont connues en soi, et permettent de définir plusieurs canaux logiques sur un seul canal physique, correspondant à une fréquence porteuse et à une bande passante données. Les plus connues sont: - I'étalement de spectre par séquence directe, en anglais Direct Sequence Spread Spectrum, qui inclut I'AMRC, ou accès multiple à répartition de code, en anglais i15 CDMA ou Code Division Multiple Access; - I'étalement de spectre par saut de fréquence, ou FH pour l'anglais Frequency Hopping, qui inclut aussi le CDMA; - I'étalement de spectre par accès multiple à détection de porteuse, ou CSMA de Furthermore, spectrum spreading techniques are known per se, and make it possible to define several logical channels on a single physical channel, corresponding to a carrier frequency and to a given bandwidth. The best known are: - spread spectrum by direct sequence, in English Direct Sequence Spread Spectrum, which includes CDMA, or code division multiple access, in English i15 CDMA or Code Division Multiple Access; - spread spectrum by frequency hopping, or FH for English Frequency Hopping, which also includes CDMA; - spectrum spreading by multiple access with carrier detection, or CSMA of
l'anglais Carrier Sense Multiple Access. English Carrier Sense Multiple Access.
On appelle dans les systèmes à étalement de spectre "bit" I'information binaire transmise sur un canal, et "bribe" ou en langue anglaise "chip" I'information In spread spectrum systems we call "bit" the binary information transmitted on a channel, and "chip" or in English "chip" the information
binaire associée à la séquence pseudo-aléatoire. binary associated with the pseudo-random sequence.
Dans le cadre de l'accès multiple qu'autorisent les séquences à étalement de spectre, plusieurs utilisateurs peuvent communiquer simultanément sur des canaux logiques différents, sur le même canal physique. Ces techniques utilisent des codes In the context of the multiple access authorized by spread spectrum sequences, several users can communicate simultaneously on different logical channels, on the same physical channel. These techniques use codes
pseudo-aléatoires appelés le plus souvent codes PN (acronyme de l'anglais Pseudo- pseudorandom most often called PN codes (acronym from English Pseudo-
noise). Les codes PN sont choisis sur des critères liés à leurs fonctions d'autocorrélation ou d'intercorrélation, afin qu'un récepteur ne décode que le signal qui lui est destiné, avec en outre un éventuel signal d'interférence dépendant du noise). The PN codes are chosen on criteria related to their autocorrelation or intercorrelation functions, so that a receiver only decodes the signal intended for it, with in addition a possible interference signal depending on the
nombre d'utilisateurs et des propriétés des codes. number of users and code properties.
On peut notamment choisir: - des familles de codes orthogonaux, par exemple des codes de Hadamard ou de Walsh; dans ce cas, on utilise alors pour chaque canal logique un code, qui est orthogonal à tous les autres; des codes à fonction d'autocorrélation bornée, comme par exemple les codes de Gold; le niveau du signal d'interférence mentionné plus haut dépend alors des codes retenus et de leur longueur; - un même code pour tous les utilisateurs, dans le cas par exemple de la famille des codes de longueur maximale; chaque émetteur doit mettre en ceuvre une phase spécifique du code, différente des autres phases utilisées. On utilise dans ce cas les propriétés d'autocorrélation du code, pour détecter un pic de corrélation lorsque les In particular, one can choose: - families of orthogonal codes, for example Hadamard or Walsh codes; in this case, a code is used for each logical channel, which is orthogonal to all the others; codes with a limited autocorrelation function, such as for example Gold codes; the level of the interference signal mentioned above then depends on the codes selected and their length; - the same code for all users, in the case for example of the family of maximum length codes; each transmitter must implement a specific phase of the code, different from the other phases used. In this case, the autocorrelation properties of the code are used to detect a correlation peak when the
codes sont superposés une corrélation minimale dans les autres circonstances. codes are superimposed with minimal correlation in other circumstances.
Pour plus de détails sur de telles techniques, on pourra consulter les ouvrages de J. H. Holmes, Coherent Spread Spectrum Systems, ou de Kamilo Feher, For more details on such techniques, one can consult the works of J. H. Holmes, Coherent Spread Spectrum Systems, or Kamilo Feher,
Wireless Digital Communications (Modulation and Spread Spectrum Applications). Wireless Digital Communications (Modulation and Spread Spectrum Applications).
L'invention propose une solution au problème de la couverture antenne des satellites; elle propose une solution permettant d'obtenir une couverture antenne complète des satellites, sans impliquer de duplication des émetteurs ou des récepteurs. Plus précisément, I'invention propose un procédé de transmission de signaux vers un satellite présentant au moins deux antennes en redondance chaude dont les diagrammes se superposent, et des moyens de réception des signaux provenant des différentes antennes, comprenant: - I'émission de signaux modulés par étalement de spectre; - la réception des signaux par les antennes; - la sommation des signaux reçus par les antennes, I'un au moins des signaux reçus étant retardé de sorte que la différence entre les temps de trajet des signaux sommés soit d'au moins une bribe de la modulation par étalement de spectre; The invention proposes a solution to the problem of antenna coverage of satellites; it offers a solution enabling complete antenna coverage of the satellites to be obtained, without involving the duplication of transmitters or receivers. More specifically, the invention proposes a method of transmitting signals to a satellite having at least two antennas in hot redundancy whose diagrams are superimposed, and means for receiving the signals coming from the different antennas, comprising: the emission of signals modulated by spread spectrum; - reception of signals by antennas; the summation of the signals received by the antennas, at least one of the received signals being delayed so that the difference between the travel times of the summed signals is at least one bit of the spread spectrum modulation;
- la démodulation des signaux sommés. - the demodulation of the summed signals.
Elle propose aussi un procédé de transmission de signaux depuis un satellite présentant au moins deux antennes en redondance chaude dont les diagrammes se superposent, et des moyens d'émission des signaux vers les différentes antennes, comprenant: - la modulation des signaux à transmettre par étalement de spectre; - la transmission des signaux modulés aux antennes, - I'émission des signaux par les antennes, les signaux émis par les antennes étant décalés d'au moins une bribe de la It also proposes a method of transmitting signals from a satellite having at least two hot redundant antennas whose diagrams are superimposed, and means for transmitting the signals to the different antennas, comprising: - the modulation of the signals to be transmitted by spreading spectrum; - the transmission of the modulated signals to the antennas, - the emission of the signals by the antennas, the signals emitted by the antennas being offset by at least one bit of the
modulation par étalement de spectre. spread spectrum modulation.
Dans ce cas, I'étape de modulation comprend de préférence la modulation des signaux destinés auxdites antennes par des séquences d'étalement décalées d'au moins une bribe. Avantageusement, I'étape de transmission comprend l'application d'un In this case, the modulation step preferably comprises the modulation of the signals intended for said antennas by spreading sequences offset by at least one chip. Advantageously, the transmission step comprises the application of a
retard aux signaux destinés à l'une au moins des antennes. delay in signals intended for at least one of the antennas.
L'invention propose encore un procédé de transmission de signaux depuis un satellite présentant au moins deux antennes en redondance chaude dont les 1 O diagrammes se superposent, et des moyens d'émission des signaux vers les différentes antennes, comprenant: - la modulation des signaux à transmettre par étalement de spectre; - la transmission des signaux modulés aux antennes, - l'émission des signaux par les antennes, les signaux destinés aux différentes antennes étant modulés par étalement de spectre The invention also proposes a method of transmitting signals from a satellite having at least two antennas in hot redundancy of which the 1 O diagrams are superimposed, and means for transmitting the signals to the different antennas, comprising: - the modulation of the signals to be transmitted by spread spectrum; - the transmission of the modulated signals to the antennas, - the emission of the signals by the antennas, the signals intended for the various antennas being modulated by spread of spectrum
avec des séquences différentes.with different sequences.
L'invention propose aussi un satellite présentant au moins deux antennes en redondance chaude dont les diagrammes se superposent, et des moyens de réception de la somme des signaux provenant des différentes antennes, caractérisé en ce que les moyens de réception comprennent des moyens de démodulation d'un signal à spectre étalé, et en ce que la différence entre les temps de transmission respectifs d'un signal transmis vers les moyens de réception par deux antennes est The invention also provides a satellite having at least two antennas in hot redundancy whose diagrams are superimposed, and means for receiving the sum of the signals coming from the different antennas, characterized in that the reception means comprise means for demodulating d 'a spread spectrum signal, and in that the difference between the respective transmission times of a signal transmitted to the reception means by two antennas is
supérieure en valeur absolue à une bribe de la modulation à étalement de spectre. greater in absolute value than a chip of the spread spectrum modulation.
Avantageusement, les moyens de réception comprennent un coupleur des Advantageously, the reception means comprise a coupler for
signaux provenant des antennes et au moins deux récepteurs reliés au coupleur. signals from the antennas and at least two receivers connected to the coupler.
De préférence, le satellite comprend des éléments de retard entre au moins Preferably, the satellite comprises delay elements between at least
une antenne et les moyens de réception. an antenna and the reception means.
Les éléments de retard comprennent avantageusement un élément choisi The delay elements advantageously include a chosen element
parmi une liaison coaxiale, une ligne à retard, un filtre à onde de surface. among a coaxial link, a delay line, a surface wave filter.
L'invention propose encore un satellite présentant au moins deux antennes en redondance chaude dont les diagrammes se superposent, et des moyens d'émission de signaux vers les différentes antennes, caractérisé en ce que les moyens d'émission comprennent des moyens de modulation du signal à transmettre par étalement de spectre, et en ce que la différence entre les temps de transmission respectifs d'un signal transmis par les moyens d'émission par deux antennes est The invention also provides a satellite having at least two antennas in hot redundancy whose diagrams are superimposed, and means for transmitting signals to the different antennas, characterized in that the transmission means comprise signal modulation means to be transmitted by spread spectrum, and in that the difference between the respective transmission times of a signal transmitted by the transmission means by two antennas is
supérieure en valeur absolue à une bribe de la modulation à étalement de spectre. greater in absolute value than a chip of the spread spectrum modulation.
L'invention propose enfin un satellite présentant au moins deux antennes en redondance chaude dont les diagrammes se superposent, et des moyens d'émission de signaux vers les différentes antennes, caractérisé en ce que les moyens d'émission comprennent des moyens de modulation du signal à transmettre par étalement de spectre, les signaux destinés aux différentes antennes étant modulés par étalement The invention finally proposes a satellite having at least two antennas in hot redundancy whose diagrams are superimposed, and means for transmitting signals to the different antennas, characterized in that the transmission means comprise signal modulation means to be transmitted by spread spectrum, the signals intended for the various antennas being modulated by spreading
de spectre avec des séquences différentes. of spectrum with different sequences.
1 O De préférence, les moyens d'émission comprennent au moins deux émetteurs en redondance froide et un coupleur pour envoyer les signaux provenant 1 O Preferably, the transmission means comprise at least two cold redundant transmitters and a coupler for sending the signals coming from
des émetteurs vers les antennes.from transmitters to antennas.
Dans un mode de réalisation, le satellite comprend des éléments de retard In one embodiment, the satellite includes delay elements
entre les moyens d'émission et au moins une antenne. between the transmission means and at least one antenna.
Ces éléments de retard peuvent comprendre un élément choisi parmi une These delay elements may include an element chosen from a
liaison coaxiale, une ligne à retard, un filtre à onde de surface. coaxial link, a delay line, a surface wave filter.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading
de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre of the following description of embodiments of the invention, given as
d'exemple uniquement, et en référence aux figures annexées qui montrent figure 1, un schéma d'un satellite connu; - figure 2, un schéma d'un autre satellite connu; by way of example only, and with reference to the appended figures which show FIG. 1, a diagram of a known satellite; - Figure 2, a diagram of another known satellite;
- figure 3, un schéma d'un satellite mettant en oeuvre l'invention. - Figure 3, a diagram of a satellite implementing the invention.
L'invention propose, pour assurer une couverture antenne dans les zones de recouvrement des diagrammes des antennes, d'utiliser une modulation à étalement de spectre, et de disposer ou câbler les antennes de sorte que la différence entre les temps de transmission des signaux via deux antennes soit supérieur à une bribe de la modulation à étalement de spectre. Elle s'applique aussi bien en réception qu'en The invention proposes, to ensure antenna coverage in the overlapping areas of the antenna patterns, to use spread spectrum modulation, and to arrange or wire the antennas so that the difference between the transmission times of the signals via two antennas is greater than a chip of the spread spectrum modulation. It applies both to reception and to
émission, et permet d'éviter ou du moins de limiter les problèmes liés aux multitrajets. emission, and makes it possible to avoid or at least limit the problems associated with multipaths.
Dans un autre mode de réalisation, I'invention propose, pour limiter ou éviter les problèmes dans la zone de recouvrement des antennes, d'utiliser des In another embodiment, the invention proposes, in order to limit or avoid the problems in the antenna overlap area, to use
séquences d'étalement différentes pour les différentes antennes. different spreading sequences for different antennas.
En réception, on assure que les moyens de réception, s'ils s'accrochent sur un signal transmis par une antenne, ignorent les signaux transmis par une autre antenne, dans la mesure o ces signaux sont décalés de plus d'une bribe, ou sont In reception, it is ensured that the reception means, if they catch on a signal transmitted by an antenna, ignore the signals transmitted by another antenna, insofar as these signals are offset by more than one chip, or are
étalés par une autre séquence.spread out by another sequence.
En émission, on assure que les signaux émis dans la zone de recouvrement In transmission, it is ensured that the signals transmitted in the overlap zone
des antennes sont suffisamment décalés pour ne pas ou peu interférer. antennas are offset enough to interfere little or not at all.
La figure 3 montre un satellite selon l'invention. Comme le satellite de l'art antérieur, le satellite de la figure 3 comprend une antenne omnidirectionnelle terre 3, et une antenne omnidirectionnelle anti-terre 5 disposées dos à dos de part et d'autre du satellite. Les deux antennes sont reliées à des moyens de réception 45. Ces moyens de réception peuvent comprendre un coupleur 47, qui permet d'additionner les signaux des antennes, et qui transmet les signaux additionnés à l'un ou l'autre de deux récepteurs 49 et 51 en redondance froide. Les récepteurs présentent des Figure 3 shows a satellite according to the invention. Like the satellite of the prior art, the satellite of FIG. 3 comprises an omnidirectional earth antenna 3, and an omnidirectional anti-earth antenna 5 arranged back to back on either side of the satellite. The two antennas are connected to reception means 45. These reception means can comprise a coupler 47, which makes it possible to add the signals of the antennas, and which transmits the added signals to one or the other of two receivers 49 and 51 in cold redundancy. Receivers have
moyens de démodulation d'un signal à spectre étalé par séquence directe. means for demodulating a spread spectrum signal by direct sequence.
Selon l'invention, on dispose les antennes et les moyens de réception de sorte à assurer que Sa différence entre les temps de transmission des signaux reçus depuis la station terrestre via l'une antenne et l'autre antenne soit supérieure à une bribe de la modulation à étalement de spectre. Ceci peut s'effectuer de diverses façons. D'une part, on peut tenir compte de la distance entre les antennes, qui sont disposées de part et d'autre du satellite; cette distance peut, à elle seule, induire une différence entre les trajets terre et anti-terre; cette différence peut être supérieure à une bribe, et à elle seule assurer une différence suffisante entre les temps de transmission. Ainsi, une différence de distance de 4 ou 5 m entre les antennes, qui induit une différence correspondante entre les trajets terre et anti-terre, est suffisante pour un code à 60 mégabribe/seconde. La différence entre les temps de trajet est According to the invention, the antennas and the reception means are arranged so as to ensure that its difference between the transmission times of the signals received from the earth station via the one antenna and the other antenna is greater than a chip of the spread spectrum modulation. This can be done in various ways. On the one hand, one can take into account the distance between the antennas, which are arranged on either side of the satellite; this distance can, by itself, induce a difference between the earth and anti-earth paths; this difference can be greater than a single chip, and by itself ensure a sufficient difference between the transmission times. Thus, a difference in distance of 4 or 5 m between the antennas, which induces a corresponding difference between the earth and anti-earth paths, is sufficient for a code at 60 megabribe / second. The difference between the journey times is
alors de l'ordre de 1 à 1,25 bribe. then of the order of 1 to 1.25 scraps.
Pour assurer une différence de trajet suffisante dans toutes les positions possibles du satellite par rapport à la station d'émission, on peut aussi prévoir des éléments de retard entre l'une ou l'autre des antennes et les moyens de réception; ces éléments de retard peuvent comprendre une longueur de liaison coaxiale supplémentaire 53, ou encore des éléments de retard actifs ou passifs, tels que des lignes à retard ou des filtres à ondes de surface. L'utilisation de ces derniers éléments peut alors rendre nécessaire des changements de fréquence avant de sommer les signaux provenant des antennes. Si nécessaire, on peut aussi prévoir un amplificateur à faible bruit 54 en amont des éléments de retard. L'insertion d'éléments de retard entre au moins l'une des antennes et les moyens de réception permet d'allonger la différence entre les trajets terre et anti-terre; on peut alors utiliser un rythme de bribe plus faible. Ainsi, I'insertion d'un élément de retard de 100 ns permet d'éliminer To ensure a sufficient path difference in all possible positions of the satellite relative to the transmitting station, it is also possible to provide delay elements between one or the other of the antennas and the reception means; these delay elements may include an additional coaxial link length 53, or alternatively active or passive delay elements, such as delay lines or surface wave filters. The use of these latter elements can then make frequency changes necessary before summing the signals from the antennas. If necessary, a low noise amplifier 54 can also be provided upstream of the delay elements. The insertion of delay elements between at least one of the antennas and the reception means makes it possible to lengthen the difference between the earth and anti-earth paths; we can then use a lower chip rate. Thus, the insertion of a delay element of 100 ns eliminates
sensiblement le multitrajet avec un signal à spectre étalé à 10 Mbribe/s. substantially the multi-path with a spectrum signal spread out at 10 Mbribe / s.
On donne dans la suite un exemple de calcul dans le cas de codes de longueur maximale. Pour ces codes, la fonction d'autocorrélation présente un pic lorsque les codes sont superposés, I'autocorrélation étant minimale lorsque les codes An example of calculation is given below in the case of maximum length codes. For these codes, the autocorrelation function has a peak when the codes are superimposed, the autocorrelation being minimal when the codes
ne sont pas superposés.are not superimposed.
A l'émission par la station sol, les données sont multipliées par un code PN; à la réception, la multiplication par un code PN synchrone permet de restituer les données. On utilise à la réception des moyens connus en soi pour assurer On transmission by the ground station, the data is multiplied by a PN code; upon reception, multiplication by a synchronous PN code makes it possible to restore the data. We use means known per se to ensure
l'accrochage sur un signal reçu.snapping to a received signal.
Le signal reçu par le satellite est un signal modulé par D(t).PN(t); D(t) est la séquence de données à transmettre, qui valent par exemple+ 1, et PN(t) est la séquence du code, qui prend aussi des valeurs 1. Pour une modulation BPSK (acronyme de l'anglais binary phase shift keying, en français modulation par décalage de phase à deux états), donnée à titre d'exemple, le signal est proportionnel à: D(t).PN(t). cos(o0.t + 00), avec coo la pulsation de la porteuse. On note dans la zone de recouvrement des diagrammes des antennes T1 et T2 les différences de trajet entre l'antenne terre et les moyens de réception, d'une part, et entre l'antenne anti-terre et les moyens de réception d'autre part. Pour les besoins de l'explication, on suppose que les antennes terre et anti-terre reçoivent en même temps les signaux. Le signal reçu par les moyens de réception via l'antenne terre est proportionnel à D(t - T1).PN(t - T1).cos(coo.(t - T1) + 00) tandis que le signal reçu par les moyens de réception via l'antenne anti-terre est proportionnel à: D(t - T2).PN(t - T2).cos(o00.(t - T2) + 00) Les moyens de réception reçoivent la somme des deux signaux, et cherchent à s'accrocher sur l'un ou l'autre. Si les signaux sont de puissance comparable, le récepteur peut s'accrocher sur l'un ou l'autre des signaux. En supposant que les moyens de réception s'accrochent sur le signal terre, après démodulation, et multiplication par le code PN(t T1), on obtient le signal S(t) suivant: S(t) = [D(t - Tl).PN(t - Ti) + D(t - T2).PN(t - T2)].PN(t - T1) = D(t - Tl) + D(t - T2).PN(t - T2). PN(t T1) Si le temps iT2 - T1 est supérieur à la durée d'une bribe de la séquence de bruit pseudo-aléatoire PN, et du fait des propriétés d'auto-corrélation de cette séquence, on aboutit après intégration sur la durée d'un symbole à S(t) = D(t-T1) + 10 avec 10 un terme borné, qui peut être minimisé par un choix judicieux du The signal received by the satellite is a signal modulated by D (t) .PN (t); D (t) is the sequence of data to be transmitted, which are worth for example +1, and PN (t) is the sequence of the code, which also takes values 1. For BPSK modulation (acronym of English binary phase shift keying , in French modulation by phase shift with two states), given by way of example, the signal is proportional to: D (t) .PN (t). cos (o0.t + 00), with coo the pulsation of the carrier. We note in the overlap area of the antenna diagrams T1 and T2 the path differences between the earth antenna and the reception means, on the one hand, and between the anti-earth antenna and the reception means on the other hand go. For the purposes of the explanation, it is assumed that the earth and anti-earth antennas receive the signals at the same time. The signal received by the reception means via the earth antenna is proportional to D (t - T1). PN (t - T1). Cos (coo. (T - T1) + 00) while the signal received by the means reception via the anti-earth antenna is proportional to: D (t - T2) .PN (t - T2) .cos (o00. (t - T2) + 00) The reception means receive the sum of the two signals, and try to hang onto one or the other. If the signals are of comparable power, the receiver can catch on one or the other of the signals. Assuming that the reception means hang onto the earth signal, after demodulation, and multiplication by the PN code (t T1), the following signal S (t) is obtained: S (t) = [D (t - Tl ) .PN (t - Ti) + D (t - T2) .PN (t - T2)]. PN (t - T1) = D (t - Tl) + D (t - T2) .PN (t - T2) ). PN (t T1) If the time iT2 - T1 is greater than the duration of a fragment of the pseudo-random noise sequence PN, and due to the autocorrelation properties of this sequence, we arrive after integration on the duration of a symbol at S (t) = D (t-T1) + 10 with 10 a bounded term, which can be minimized by a judicious choice of
code et du rythme bribe.snippet code and rhythm.
On obtient ainsi, en sortie des moyens de réception, et après démodulation du signal à spectre étalé, le signal transmis, sans que la sommation des signaux des antennes ne produise de problèmes liés à un trajets multiples. On peut ainsi continuer à utiliser un récepteur unique, ou deux récepteurs en redondance chaude, et assurer une réception correcte des signaux aussi dans la zone de recouvrement des diagrammes des antennes. Par rapport à une utilisation classique d'une technique d'étalement de spectre pour la transmission de différents canaux, I'invention utilise l'étalement de spectre pour la transmission du même signal; ceci permet d'éviter ou limiter les problèmes liés aux trajets multiples, et au recouvrement des diagrammes There is thus obtained, at the output of the reception means, and after demodulation of the spread spectrum signal, the transmitted signal, without the summation of the signals from the antennas producing problems linked to a multiple path. We can thus continue to use a single receiver, or two receivers in hot redundancy, and ensure correct reception of signals also in the overlap area of the antenna diagrams. Compared to a conventional use of a spread spectrum technique for the transmission of different channels, the invention uses spread spectrum for the transmission of the same signal; this avoids or limits the problems associated with multiple paths, and overlapping of diagrams
de réception des antennes.receiving antennas.
L'invention a été décrite en détail dans le cas de la réception. Elle s'applique aussi à l'émission par le satellite, suivant les mêmes principes. On prévoit alors par exemple deux émetteurs 55 et 56 en redondance froide, qui fournissent un signal à spectre étalé par séquence directe; un coupleur 57 envoie le signal fournis par l'un ou l'autre des émetteurs aux deux antennes. On prévoit des éléments de retard 58 entre le coupleur et l'une des antennes, de sorte que la différence de trajet terre et anti-terre soit supérieure à une bribe quelle que soit la position de la station de réception terrestre dans la zone de recouvrement des diagrammes d'émission des antennes. Dans ce cas, on assure que si la station terrestre de réception des signaux se trouve dans la zone de recouvrement de deux antennes du satellite, elle reçoive des signaux qui sont décalés de plus d'une bribe de la modulation par étalement de spectre. De la sorte, la station terrestre s'accroche sur un des signaux, et ignore l'autre. D'autres solutions sont possibles. On pourrait ainsi au lieu de retarder l'un des signaux après l'étalement, comme expliqué ci-dessus, procéder à l'étalement des signaux destinés aux antennes dans deux dispositifs d'étalement distincts. Chacun des dispositifs d'étalement peut employer un même code PN, le code d'un des dispositifs The invention has been described in detail in the case of reception. It also applies to transmission by satellite, following the same principles. Then, for example, two transmitters 55 and 56 are provided in cold redundancy, which provide a spread spectrum signal by direct sequence; a coupler 57 sends the signal supplied by one or other of the transmitters to the two antennas. Delay elements 58 are provided between the coupler and one of the antennas, so that the difference in earth and anti-earth path is greater than one chip whatever the position of the terrestrial reception station in the overlap zone antenna emission diagrams. In this case, it is ensured that if the signal receiving earth station is in the overlap area of two satellite antennas, it receives signals which are offset by more than one bit of the spread spectrum modulation. In this way, the earth station hangs on to one of the signals, and ignores the other. Other solutions are possible. It would thus be possible, instead of delaying one of the signals after spreading, as explained above, to spread the signals intended for the antennas in two separate spreading devices. Each of the spreading devices can use the same PN code, the code of one of the devices
étant décalé par rapport au code de l'autre dispositif. being offset from the code of the other device.
On pourrait aussi utiliser dans chacun des dispositifs d'étalement des codes distincts; dans ce cas, les signaux émis par les deux antennes sont étalés avec des codes orthogonaux, ou présentant une fonction d'intercorrélation bornée. Le récepteur, même s'il se trouve dans la zone de recouvrement des antennes, peut s'accrocher sur le signal de l'une des antennes, sans que le signal de l'autre antenne Separate codes could also be used in each of the spreading devices; in this case, the signals transmitted by the two antennas are spread with orthogonal codes, or having a limited cross-correlation function. The receiver, even if it is in the overlap area of the antennas, can catch on the signal of one of the antennas, without the signal of the other antenna
ne pose un problème de réception.does not pose a reception problem.
Dans tous les cas, les mêmes signaux sont transmis par les antennes, soit avec un décalage supérieur à une bride de la modulation par étalement de spectre, soit sur des séquences d'étalement différentes. On évite, ou à tout le moins on limite les problèmes en réception dans la zone de recouvrement des diagrammes des antennes. Dans le cas de la réception comme de l'émission, on assure que dans la zone de recouvrement des diagrammes des antennes, les différences de phase entre les signaux ne nuisent pas à la qualité de la réception; il faut noter que l'invention permet d'utiliser un récepteur unique recevant la somme des signaux des antennes, sans qu'il soit nécessaire de sélectionner le signal reçu. Ainsi, si le satellite s'accroche sur le signal anti-terre dans la zone de recouvrement des diagrammes des antennes, et que la puissance de ce signal diminue car le satellite présente l'antenne terre vers la station d'émission, les moyens de réception vont perdre le signal anti-terre sur lequel ils sont accrochés, et ensuite se raccrocher sur le signal terre. Ceci s'effectue sans qu'il ne soit nécessaire de le prévoir. L'invention permet ainsi une réception ou une émission dans toutes les phases, sans nécessité de connaître la position du In all cases, the same signals are transmitted by the antennas, either with an offset greater than a flange of the spread spectrum modulation, or on different spread sequences. We avoid, or at least limit reception problems in the overlap area of the antenna patterns. In the case of both reception and transmission, it is ensured that in the overlap area of the antenna patterns, the phase differences between the signals do not affect the quality of reception; it should be noted that the invention makes it possible to use a single receiver receiving the sum of the signals from the antennas, without it being necessary to select the received signal. Thus, if the satellite hooks onto the anti-earth signal in the overlap area of the antenna diagrams, and the power of this signal decreases because the satellite presents the earth antenna to the transmitting station, the means of reception will lose the anti-earth signal on which they are hooked, and then hang up on the earth signal. This is done without it being necessary to provide for it. The invention thus allows reception or transmission in all phases, without the need to know the position of the
satellite.satellite.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Ainsi, I'invention a été décrite en référence aux figures, dans le cas le plus simple de deux antennes terre et anti-terre. Elle s'applique aussi dans les cas d'antennes multiples, qui présentent des diagrammes se recouvrant, deux à deux, par groupes de trois ou plus, ou tous ensemble. Dans une telle configuration, il suffit d'assurer que la différence de trajet entre deux signaux reçus dans la zone de recouvrement est supérieure à une bribe. En outre, I'invention a été décrite pour une modulation BPSK; elle s'applique à tout autre type de modulation. Elle s'applique non seulement à la technique d'étalement par séquence directe donnée à titre d'exemple, mais aussi à d'autres techniques d'étalement de Of course, the present invention is not limited to the examples and embodiments described and shown, but it is susceptible of numerous variants accessible to those skilled in the art. Thus, the invention has been described with reference to the figures, in the simplest case of two earth and anti-earth antennas. It also applies in the case of multiple antennas, which present overlapping diagrams, two by two, in groups of three or more, or all together. In such a configuration, it suffices to ensure that the path difference between two signals received in the overlap area is greater than one chip. In addition, the invention has been described for BPSK modulation; it applies to any other type of modulation. It applies not only to the direct sequence spreading technique given by way of example, but also to other spreading techniques of
spectre.spectrum.
L'invention est particulièrement avantageuse à mettffre en oeuvre sur la liaison TTC ou TRC d'un satellite, du fait de l'importance du maintien de cette liaison. Elle The invention is particularly advantageous to implement on the TTC or TRC link of a satellite, because of the importance of maintaining this link. She
peut aussi s'appliquer à des liaisons d'un autre type. can also be applied to links of another type.
Dans la description, le décalage entre les signaux des antennes est d'au In the description, the offset between the antenna signals is at least
1 5 moins une bribe. En fait, le décalage dépend de l'étalement utilisé, et peut être supérieur à cette valeur, en fonction de l'autocorrélation de la séquence d'étalement utilisée, ou de l'intercorrélation entre les séquences utilisées. 1 5 minus a bit. In fact, the offset depends on the spreading used, and can be greater than this value, depending on the autocorrelation of the spreading sequence used, or on the intercorrelation between the sequences used.
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| EP4194344A1 (en) | 2021-12-09 | 2023-06-14 | Thales | Ttc antenna arrangement for flat satellite |
| FR3130393A1 (en) * | 2021-12-09 | 2023-06-16 | Thales | TTC antenna arrangement for flat satellite |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE69932584D1 (en) | 2006-09-14 |
| FR2788179B1 (en) | 2003-06-20 |
| EP1017189B1 (en) | 2006-08-02 |
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